package org.chnxi.algorithm.dijkstra;

import java.util.Arrays;

/**
 * 最短路径-迪杰斯特拉算法
 */
public class DijkstraAlgorithm {

    public static void main(String[] args) {
        final int N = Integer.MAX_VALUE-1000; //直接使用max_value在计算过程中会溢出
        char[] vertex = {'A','B','C','D','E','F','G'};
        int[][] matrix = new int[][]{
                {N, 5, 7, N, N, N, 2},
                {5, N, N, 9, N, N, 3},
                {7, N, N, N, 8, N ,N},
                {N, 9, N, N, N, 4, N},
                {N, N, 8, N, N, 5, 4},
                {N, N, N, 4, 5, N, 6},
                {2, 3, N, N, 4, 6, N}
        };

        Graph graph = new Graph(vertex , matrix);
        graph.print();
        graph.dijkstra(6);
    }
}

/**
 * 已访问顶点集合
 */
class VisitedVertex{
    public int[] alreadyArr; //记录各个顶点是否访问过，1表示访问过，0表示未访问
    public int[] preVisted; //每个下标对应的值为前一个顶点下标
    public int[] dis; //记录出发定点到其他所有顶点的距离

    /**
     * 构造器
     * @param length 表示顶点个数
     * @param index 表示出发顶点的下标
     */
    public VisitedVertex(int length , int index){
        this.alreadyArr = new int[length];
        this.preVisted = new int[length];
        this.dis = new int[length];

        //初始化dis，设置出发定点的访问距离为0
        Arrays.fill(dis , Integer.MAX_VALUE-1000);
        dis[index] = 0;
        this.alreadyArr[index] = 1; //更新出发顶点已经访问过

    }

    /**
     * 判断index顶点是否被访问过
     * @param index 顶点的下标
     * @return 如果访问过，返回true，否则返回false
     */
    public boolean in(int index){
        return !(alreadyArr[index] == 1);
    }

    /**
     * 更新出发定点到index顶点的距离
     * @param index 目标顶点
     * @param length 出发定点到目标顶点的距离
     */
    public void updateDis(int index , int length){
        this.dis[index] = length;
    }

    /**
     * 更新pre顶点的前驱顶点为index的顶点
     * @param preIndex
     * @param index
     */
    public void updatePre(int preIndex , int index){
        preVisted[preIndex] = index;
    }

    /**
     * 返回出发定点到index顶点的距离
     * @param index
     */
    public int getDis(int index){
        return dis[index];
    }

    /**
     * 继续选择并返回新的访问顶点
     * @return
     */
    public int updateArr(){
        int min = Integer.MAX_VALUE-1000, index = 0;
        for (int i = 0; i< alreadyArr.length; i++){
            if(alreadyArr[i] == 0 && dis[i] < min){
                min = dis[i];
                index = i;
            }
        }
        //更新index节点被访问过
        alreadyArr[index] = 1;
        return index;
    }

    public void printDijkstra(){
        System.out.println("==========最终结果==========");
        System.out.println("\r\nAlreadyArr:");
        for (int i : alreadyArr){
            System.out.print(i+"\t");
        }
        System.out.println("\nPreVisited:");
        for (int i : preVisted){
            System.out.print(i+"\t");
        }
        System.out.println("\nDis:");
        for (int i : dis){
            System.out.print(i+"\t");
        }
        System.out.println("\r\n----------更换展示----------");
        char[] vertex = {'A','B','C','D','E','F','G'};
        int count = 0;
        for (int i : dis){
            if( i != Integer.MAX_VALUE-1000){
                System.out.print(vertex[count]+"("+i+")");
            }else{
                System.out.println("N");
            }
            count++;
        }
        System.out.println();
    }
}

/**
 * 图对象
 */
class Graph {
    private char[] vertex; //顶点数组
    private int[][] matrix; //邻接矩阵
    private VisitedVertex vv; //已经访问的顶点的集合

    /**
     * 构造器
     * @param vertex 顶点数组
     * @param matrix 邻接矩阵
     */
    public Graph(char[] vertex , int[][] matrix){
        this.vertex = vertex;
        this.matrix = matrix;
    }

    /**
     * 控制台输出邻接矩阵
     */
    public void print(){
        for (int[] link : matrix){
            for (int tmp : link){
                System.out.printf("%11d" , tmp);
            }
            System.out.println();
        }
    }

    /**
     * 迪杰斯特拉算法实现
     * @param index
     */
    public void dijkstra(int index){
        vv = new VisitedVertex(vertex.length , index);

        //更新index顶点到周围顶点的距离和前驱顶点
        update(index);

        for (int j=1; j<vertex.length; j++){
            index = vv.updateArr(); //选择并返回新的访问顶点
            update(index);
        }
        vv.printDijkstra();
    }

    //更新Index下标顶点到周围顶点的距离和周围顶点的前驱顶点
    public void update(int index){
        int len = 0;

        //根据遍历邻接矩阵的matrix[index]行
        for (int j=0; j<matrix[index].length; j++){
            //len的含义是：出发定点到index顶点的距离 + 从index顶点到j顶点的距离的和
            len = vv.getDis(index) + matrix[index][j];
            //如果j顶点没有被访问过，并且len小于出发定点到j顶点的距离，就需要更新
            if(vv.in(j) && len < vv.getDis(j)){
                vv.updatePre(j , index); //更新j顶点的前驱为index顶点
                vv.updateDis(j , len); //更新出发定点到j顶点的距离
            }
        }
    }
}